Nghiên cứu xử lý xỉ thải từ sản xuất phốt pho vàng (Lào Cai) làm vật liệu không nung, kết cấu nền ứng dụng trong xây dựng, đường giao thông

Công nghệ sản xuất phốt pho vàng từ quặng apatit đang trở thành định hướng phát triển lớn trong ngành công nghiệp hóa chất Việt Nam. Lợi nhuận thu được từ việc xuất khẩu phốt pho vàng đem lại nhiều lợi ích cho nền kinh tế nước nhà. Tuy nhiên, để có một môi trường sản xuất xanh, bền vững là vấn đề lớn đối với một địa phương, mỗi một quốc gia. Một trong những định hướng đối với xử lý xỉ thải phốt pho đó làm nghiên cứu sử dụng trong sản xuất vật liệu xây dựng, đường giao thông là một hướng mở, vì theo định hướng này thì lượng tro xỉ được xử lý hiệu quả nhất.

Chính vì vậy, nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội do TS. Phạm Thị Mai Hương đứng đầu đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xử lý xỉ thải từ sản xuất phốt pho vàng (Lào Cai) làm vật liệu không nung, kết cấu nền ứng dụng trong xây dựng, đường giao thông bằng chất kết dính vô cơ không sử dụng xi măng” để từng bước thay thế vật liệu xây dựng bằng đất sét nung truyền thống nhằm mục đích bảo vệ môi trường sống.

Sau một thời gian triển khai thực hiện, đề tài đã hoàn thành các nội dung nghiên cứu của mình với mục tiêu là xử lý xỉ thải phốt pho bằng chất kết dính vô cơ không sử dụng xi măng, đảm bảo không gây ô nhiễm môi trường thứ cấp. Các kết quả cụ thể như sau:

1. Khảo sát đánh giá hiện trạng xỉ thải phốt pho của 06 nhà máy sản xuất phốt pho tại khu Công nghiệp Tằng Lỏong, Lào Cai; tổng lượng xỉ thải hằng năm của các nhà máy là 830400 tấn xỉ. Hiện trạng xử lý xỉ thải chủ yếu là chuyển sang các bãi xỉ tập trung trong hoặc ngoài nhà máy, chiếm diện tích mặt bằng, gây ảnh hưởng đến môi trường.

2. Đánh giá chất lượng xỉ thải phục vụ nghiên cứu bằng các phương pháp phân tích Xray, phân tích công cụ, mẫu xỉ lựa chọn là mẫu xỉ tại Công ty cổ phần phốt pho vàng Lào Cai (nhà máy 1) với hàm lượng các oxit kim loại: SiO2 (38,58%), Al2O3 (3,31%), CaO (46,62%), P2O5 (1,4%), F (2,41%) và một số oxit khác.

3. Nghiên cứu thành công chất kết dính vô cơ không sử dụng xi măng từ khoáng sét là cao lanh, bentonit, trường thạch phối trộn với vôi, xút. Kết quả cho thấy các chất kết dính chế tạo từ cao lanh và xút, vôi có cường độ chịu nén cao nhất, cường độ chịu nén lần lượt với mẫu đóng rắn cao lanh chiếm 20% xỉ, vôi hoặc xút chiếm 40% so với cao lanh và đưa ra quy trình chế tạo chất kết dính từ để đóng rắn xỉ thải: Cân định lượng 20,5 g NaOH hoặc 20,5 g Ca(OH)2 trộn khô với 52 g cao lanh (5 phút) đóng bao, sử dụng để đóng rắn với 500 g xỉ.

4. Đã nghiên cứu thành công các điều cố định các thành phần tồn dư trong xỉ thải như phốt pho (dạng phốt phát tan), flo, một số thành phần khác. Chất kết dính được lựa chọn là sử dụng cao lanh, vôi (mẫu CV204) đóng rắn với xỉ phốt pho: tỷ lệ cao lanh/xỉ là 20/100, vôi/cao lanh là 40/100. Vật liệu đảm bảo cả tiêu chí về chất lượng vật liệu không nung và cả yếu tố môi trường. Các kết quả phân tích nước mưa trung tính, nước mưa axit, nước mặn, nước ngọt, dung dịch axit acetic ở pH 4,93±0,05 sau khi ngâm gạch đều đạt ngưỡng an toàn theo QCVN 07:2009/BTNMT với chất thải nguy hại.

5. Đã nghiên cứu khả năng tự đóng rắn của xỉ thải với nước, vôi hoặc xút. Cường độ chịu nén khi đóng rắn với nước cao nhất chỉ đạt 4,73 Mpa, chưa đạt M5; đóng rắn với vôi thì cường độ chịu nén đạt sấp xỉ M5; với xút thì cường độ chịu nén đạt M5 nhưng theo kết quả thử nghiệm thì khả năng thôi nhiễm các mẫu chứa xút không đảm bảo.

6. Đã khảo sát ảnh hưởng của các thành phần trong xỉ đến chất lượng vật liệu đống rắn: cho thấy hàm lượng phốt pho trong 6 mẫu xỉ từ 0,95%- 5,99%, Flo từ 1,58%- 2,76% không ảnh hưởng đến chất lượng, khả năng đóng rắn của xỉ thải, hàm lượng CaO tăng thì làm giảm cường độ chịu nén, hàm lượng Si tăng thì giảm cường độ chịu nén, Al tăng sẽ tăng cường độ chịu nén.

7. Xây dựng được quy trình sản xuất sản phẩm gạch không nung đảm bảo không gây ô nhiễm môi trường thứ cấp trong PTN: quy mô 15 viên/mẻ, kích thước gạch 200x95x60: Cân định lượng hỗn hợp gồm: 26,63 g xỉ thải phốt pho (đã nghiền đến kích thước 2,36 mm); 5,54 kg cao lanh, 2,34 kg vôi Ca(OH)2 trộn khô 5 phút, thêm 3,11 kg (lít) nước sạch trộn ướt 10 phút; cân 2,48 kg phối liệu đưa vào máy ép viên (lực ép 20 tấn, thời gian ép 25 giây), lưu dưỡng khô 28 ngày.

8. Đã đề xuất quy trình xử lý bụi trong quá trình sản xuất, xử lý nước thải từ quá trình sản xuất, đảm bảo quá trình sản xuất lâu dài, an toàn môi trường.

9. Sản xuất thử nghiệm 1400 viên gạch đạt tiêu chuẩn chất lượng Gạch bê tông theo TCVN 6477:2016: kích thước trung bình 200,3x 95x60,6 mm, cường độ chịu nén đạt 13,20 Mpa, độ thấm nước 2,6L/m2 .h, độ hút nước 9,6%; 100 m2 lớp lót nền đường đạt tiêu chuẩn chất lượng tương đương lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng theo TCVN 8858:2011, đạt lớp lót nền đường cấp III, IV đường giao thông nông thôn với cường độ ép nén 3,47 và cường độ ép chẻ 0,4 Mpa.

10. Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của các sản phẩm đề tài, giá thành của gạch là 801,3 đồng/viên, đường giao thông đảm bảo chất lượng và khả năng canh tranh trên thị trường, đạt hiệu quả về kỹ thuật, bảo vệ môi trường. Đồng thời đề xuất phương án triển khai thực tế.

Các kết quả đảm bảo tính khoa học, kết quả đáng tin cậy. Đề tài hy vọng sẽ đem lại những đóng góp lớn trong lĩnh vực bảo vệ môi trường, đảm bảo phát triển nền công nghiệp xanh, bền vững đánh giá đảm bảo tính khoa học, chặt chẽ là cơ sở cho các nghiên cứu ở các nội dung tiếp theo. Kết quả nghiên cứu của đề tài được thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, sản xuất thử nghiệm và cho các kết quả đáng tin cậy. Đây là cơ sở để triển khai ứng dụng thực tế để sản xuất vật liệu không nung như gạch xây dựng, lớp lót nền đường giao thông. Nhóm nghiên cứu đề nghị được sự giúp đỡ, hỗ trợ để tiếp tục xây dựng dự án phát triển trên thực tế.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 19515/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.T.T (NASATI)